1、高考资源网（） 您身边的高考专家第12讲碳、硅及无机非金属材料考纲要求1.了解碳元素、硅元素的单质的主要性质及应用。2.了解碳元素、硅元素的重要化合物的主要性质及应用。3.了解碳元素、硅元素的单质及其重要化合物对环境质量的影响。考点一碳、硅单质及其重要化合物的性质1C、Si单质的存在形态、物理性质及用途(1)自然界中的碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素因有亲氧性，所以仅有化合态。碳单质主要有金刚石、石墨、C60等同素异形体，硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。(2)单质的结构、物理性质与用途比较碳硅结构金刚石：空间网状结构石墨：层状结构晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构物理性质金刚石熔点高
2、、硬度大石墨熔点高、质软，有滑腻感晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点高用途金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池2.碳、硅单质的化学性质碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。(1)碳(2)Si3二氧化碳和二氧化硅的比较物质二氧化硅二氧化碳结构立体网状结构，不存在单个分子存在单个CO2分子主要物理性质硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水熔、沸点低，常温下为气体，可溶于水化学性质与水反应不反应CO2H2OH2CO3与酸反应只与氢氟酸反应：SiO24HF= SiF42H2O不反应与碱反应SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(盛碱液的试
3、剂瓶用橡胶塞)CO2少量：CO22NaOH=Na2CO3H2O、CO2过量：CO2NaOH=NaHCO3与盐反应如与Na2CO3反应：SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2如与Na2SiO3反应：Na2SiO3H2OCO2(不足)=H2SiO3Na2CO3或Na2SiO32H2O2CO2(足量)=H2SiO32NaHCO3与碱性氧化物反应如与CaO反应：SiO2CaOCaSiO3如与Na2O反应：Na2OCO2=Na2CO3用途光导纤维、光学仪器、电子元件制饮料、制碳酸盐、灭火、人工降雨1判断正误，正确的划“”，错误的划“”(1)用活性炭去除冰箱中的异味，没有发生化学反应。()(2)12C、
4、13C、14C是碳的三种同素异形体。()(3)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料。()(4)SiO2既能和NaOH溶液反应又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物。(2015高考安徽卷，9D)()(5)元素C的单质只存在金刚石和石墨两种同素异形体。(2015高考江苏卷，4A)()(6)工业上用焦炭和石英制取粗硅反应的化学方程式为SiO2CSiCO2。()(7)可用磨口玻璃瓶保存NaOH溶液。(2015高考海南卷，7B)()(8)硬度：晶体硅H2SiO3，能否达到实验目的，为什么？答案：不能，挥发出来的HCl气体进入硅酸钠溶液后，也能与硅酸钠溶液反应，生成白色沉淀。和CO2与硅酸钠溶液反应的现象相同
5、，无法确定是谁发生了反应。 考向1硅酸盐及无机非金属材料的性质(2016山西太原联考)下列有关硅及硅酸盐材料的说法正确的是()A硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中B反应Na2SiO3H2OCO2=Na2CO3H2SiO3，反应Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2，两反应是相互矛盾的，不可能都能发生C普通玻璃、石英玻璃，水泥等均属于硅酸盐材料D祖母绿的主要成分为Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示为3BeOAl2O36SiO2解析A项，硅酸钠本身是一种黏合剂，易造成磨口玻璃塞与瓶口黏结；B项，两反应条件不同，反应是在溶液中进行，强酸可以制弱酸，而高温条件下，
6、CO2是气体，逸出反应体系，能促使反应发生；C项，石英玻璃的成分为SiO2，SiO2是氧化物不是盐；D项正确。答案D易错总结(1)不要混淆二氧化硅和硅的用途用于制作光导纤维的是SiO2，用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。(2)熟悉几种常见饰品的主要成分水晶、石英、玛瑙的主要成分是SiO2；珍珠的主要成分是CaCO3；钻石是金刚石；宝石的主要成分是Al2O3。(3)了解用氧化物的形式表示复杂硅酸盐的方法书写顺序：较活泼的金属氧化物较不活泼的金属氧化物SiO2水。各元素的化合价保持不变，各元素原子个数比符合原来的组成。1下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是()水玻璃是一种矿物胶，既不易燃
7、烧也不受腐蚀水泥、玻璃、沙子都是硅酸盐制品高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料ABC D解析：选C。水玻璃是Na2SiO3的水溶液，可用作防火剂和防腐剂，正确；沙子不属于硅酸盐制品，不正确；光导纤维的主要成分是SiO2，不正确。2硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是()A氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4B碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承C光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2D二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为12解析：选D。A项，在氮化硅
8、中N元素为3价，Si元素为4价，则化学式为Si3N4，正确；D项，在SiO2晶体中，一个硅原子与周围4个氧原子形成4个硅氧单键，错误。3青石棉是一种致癌物质，是鹿特丹公约中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是()A青石棉是一种硅酸盐材料B青石棉中含有一定量的石英晶体C青石棉的化学组成可表示为Na2O3FeOFe2O38SiO2H2OD1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原解析：选B。硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称，故青石棉是一种硅酸
9、盐产品；青石棉是一种纯净物，不可能含有一定量的石英晶体；1 mol Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O跟硝酸反应时，失去3 mol电子，故能使1 mol HNO3被还原。考向2无机非金属材料的制备及应用(2016天津高三模拟)晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：高温下用炭还原二氧化硅制得粗硅；粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si3HClSiHCl3H2；SiHCl3与过量H2在1 0001 100 反应制得纯硅。已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题：(1)第步制备粗硅的化学方程式为_。(2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的S
10、iHCl3(沸点33.0 )中含有少量SiCl4(沸点57.6 )和HCl(沸点84.7 )，提纯SiHCl3采用的方法为_。(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去): 装置B中的试剂是_。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是_。反应一段时间后，装置D中观察到的现象是_，装置D不能采用普通玻璃管的原因是_，装置D中发生反应的化学方程式为_。为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及_。为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂(填写字母代号)是_。a碘水b氯水cNaOH溶液dKSCN溶液eNa
11、2SO3溶液解析高纯硅的制备是以初步冶炼得到的粗硅为原料，在加热条件下与氯化氢气体反应，制成气态化合物SiHCl3，与杂质分离，然后在高温条件下用氢气还原，重新得到硅和氯化氢气体，这样就去掉杂质，得到高纯硅。(1)工业上制粗硅时，是用SiO2为原料，在高温下用C还原SiO2得到粗硅：SiO22CSi2CO，这样得到的硅含有杂质，可以作为冶炼制取高纯硅的原料。(2)中由题给物质沸点的不同，可以考虑用分馏的方法来进行分离。(3)由于SiHCl3遇水强烈反应，所以反应环境必须无水，制得的氢气必须干燥，B中放的是干燥剂(浓硫酸)，常温下，SiHCl3呈液态，为了增大两者的接触面积，可以通过加热的方法使
12、SiHCl3汽化。D装置用石英管而不用普通玻璃管的目的是两者反应需要高温，温度太高，普通玻璃管会软化。SiHCl3在空气中会自燃，必须排尽空气。铁元素的检验是利用Fe3遇KSCN溶液变红色。所以鉴定产品硅中是否含微量铁单质，试样用稀盐酸溶解后，还需要的试剂是氯水和KSCN溶液。答案(1)SiO22CSi2CO(2)分馏(或蒸馏)(3)浓硫酸使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化有固体物质生成在反应温度下，普通玻璃会软化SiHCl3H2Si3HCl排尽装置中的空气bd思维建模实验题中隐含信息的筛选要重视实验题中的信息条件，如若指明某物质“与水强烈反应”或“在潮湿空气中即水解”等特性，则意味着制取该物质或
13、收集它的前后装置中必须隔绝水蒸气；若题中给出多个物质的沸点，则意味着要用分馏法分离它们；若给出几个离子开始水解和完全水解时的pH，则意味着要通过调节溶液pH来分离它们。4(2015高考海南卷)单质Z是一种常见的半导体材料，可由X通过如下图所示的路线制备。其中X为Z的氧化物；Y为氢化物，分子结构与甲烷相似。回答下列问题：(1)能与X发生化学反应的酸是_；由X制备Mg2Z的化学方程式为_。(2)由Mg2Z生成Y的化学反应方程式为_，Y分子的电子式为_。(3)Z、X中共价键的类型分别是_、_。解析：由单质Z是一种常见的半导体材料可知Z为Si，则X为SiO2，Y为SiH4，然后按其性质解题。答案：(1
14、)氢氟酸SiO22MgO2Mg2Si(2)Mg2Si4HCl=2MgCl2SiH4(3)非极性键极性键5在工业中利用镁制取硅：2MgSiO22MgOSi，同时有副反应发生：2MgSiMg2Si，Mg2Si遇盐酸迅速反应生成SiH4(硅烷)，SiH4在常温下是一种不稳定、易分解的气体。如图是进行Mg与SiO2反应的实验装置： (1)由于氧气的存在对该实验有较大影响，实验中应通入气体X作为保护气，试管中的固体药品可选用_(填序号)。a石灰石b锌粒c纯碱(2)实验开始时，必须先通入X气体，再加热反应物，其理由是_，当反应开始后，移走酒精灯反应能继续进行，其原因是_。(3)反应结束后，待冷却至常温时，
15、往反应后的混合物中加入稀盐酸。可观察到闪亮的火星，产生此现象的原因用化学方程式表示为_。解析：(1)由于Mg可在CO2中燃烧，故不能用CO2作为保护气而可用H2，那么试管中应选用的固体药品为锌粒；(2)实验开始时应先通入氢气排尽装置内的空气，避免空气中的成分对实验的影响，然后才能点燃酒精灯，因反应放热，反应开始后移走酒精灯，可利用自身放出的热量维持反应继续进行；(3)反应结束后，向反应后的混合物中加入稀盐酸会发生反应：Mg2Si4HCl=2MgCl2SiH4，生成的SiH4可自燃：SiH42O2=SiO22H2O，所以会观察到闪亮的火星。答案：(1)b(2)让氢气排尽装置内的空气，避免空气中的
16、成分对实验的影响该反应为放热反应，可利用自身放出的热量维持反应进行(3)Mg2Si4HCl=2MgCl2SiH4、SiH42O2=SiO22H2O1下列关于C、Si两种元素的说法正确的是()A两者结合形成的化合物是共价化合物B在自然界中都能以游离态存在C氢化物的热稳定性比较：CH4SiH4D最高价氧化物都能与水反应生成相应的酸导学号32390141解析：选A。C、Si都是非金属元素，结合形成的化合物是共价化合物，A正确；Si元素为亲氧元素，不能以游离态存在，故B错；非金属性CSi，故氢化物的热稳定性SiH4CH4，故C错；SiO2既不溶于水，也不和水反应，故D错。2(2016安徽合肥联考)近几
17、年我国载人飞船多次升空，显示出我国航天技术已进入世界一流，飞船应用了许多尖端的合成材料。据报道我国科学家近年来研制出一种新型“连续纤维增韧”航空材料，其主要成分是由碳化硅陶瓷和碳纤维复合而成的。下列相关叙述不正确的是()A它耐高温抗氧化B它比钢铁轻，强度大，但质地较脆C它没有固定熔点D它是一种新型无机非金属材料导学号32390142解析：选B。航空材料具有质轻、强度高、耐高温、抗氧化等性能，又由题中信息可知，该材料具有一定的韧性，故B错，A正确；复合材料属于混合物，没有固定的熔点，碳化硅高温结构陶瓷和碳纤维复合而成的材料属于新型无机非金属材料，C、D正确。3(2016山西太原调研)下列叙述正确
18、的是()A利用高纯硅可以制成光电池，将光能直接转化为电能BCO、CO2均易与血红蛋白结合而中毒C在SiO2制备高纯硅的过程中只涉及置换反应DSiO2和H2O反应可直接制备H2SiO3导学号32390143解析：选A。CO2不能与血红蛋白结合，B错；C项，粗硅提纯时，Si2Cl2,SiCl4是化合反应，错；SiO2不能和水反应，D项错。4常温下，下列不发生反应的一组物质是()硅与NaOH溶液硅与盐酸硅与氢氟酸二氧化硅与碳酸钠二氧化硅与NaOH溶液二氧化硅与浓硝酸A BC D导学号32390144解析：选D。常温下，Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2，Si4HF=SiF42H2，SiO22
19、NaOH=Na2SiO3H2O。5(2016江西七校联考)下列叙述正确的是()A利用高纯度二氧化硅可以制成光电池，将光能转化为电能B陶瓷、玻璃、水泥容器都能贮存氢氟酸C石灰抹墙、水泥砌墙的硬化过程原理相同D玻璃窑中出来的气体的主要成分是二氧化碳导学号32390145解析：选D。光电池是利用高纯度的硅制成；玻璃、陶瓷、水泥中均含有SiO2，会与氢氟酸反应；石灰抹墙发生反应CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O，而水泥砌墙是水泥与水作用发生一系列变化而凝固变硬。6下列离子方程式不正确的是()A石英与烧碱反应：SiO22OH=SiOH2OB硅与烧碱反应：Si2OH=SiOH2C硅酸钠溶液中通入少量C
20、O2：SiOCO2H2O=COH2SiO3D往水玻璃中加入盐酸：2HSiO=H2SiO3导学号32390146解析：选B。硅与烧碱溶液反应时，H2O参与反应，Si2OHH2O=SiO2H2。7下列叙述中正确的是()A因为Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2，所以硅酸的酸性比碳酸强B碳和硅都是A族的元素，所以二氧化碳和二氧化硅的物理性质相似C二氧化硅既溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸，所以二氧化硅是两性氧化物D二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能和水反应生成硅酸导学号32390147解析：选D。A项的反应之所以能够发生，是因为生成的产物中有气体生成，平衡正向移动，促使反应能够顺利进行
21、，故不能通过此反应判断H2CO3与H2SiO3的酸性强弱，A错误；CO2和SiO2的物理性质差异较大，B错误；SiO2与氢氟酸的反应不属于酸性氧化物与一般酸的反应，在此反应中SiO2并没有表现出碱性氧化物的性质，C错误。8下列除杂方法正确的是()ASiO2中含Al2O3杂质，可以加入足量NaOH溶液然后过滤除去BCO2中含有CO杂质，可以通入盛有CuO的玻璃管且加热CCO2中含有HCl杂质，可以通过盛有Na2CO3溶液的洗气瓶DNa2CO3溶液中含有Na2SiO3杂质，可以通入足量的CO2，然后过滤导学号32390148解析：选B。A项，SiO2、Al2O3均与NaOH溶液反应；C项，应通过盛
22、有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶；D项，引入了NaHCO3杂质。9(2016山西孝义检测)如图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程，下列说法正确的是()ASiO2属于两性氧化物B盛放Na2CO3溶液的试剂瓶能用玻璃塞C硅胶吸水后可重复再生D图中所示转化反应都是氧化还原反应导学号32390149解析：选C。SiO2是酸性氧化物，它能与氢氟酸反应是其特殊性质，A错；在图示转化关系中只有第一行的变化是氧化还原反应，其余均为非氧化还原反应。10(2015高考海南卷)单质Z是一种常见的半导体材料，可由X通过如下图所示的路线制备。其中X为Z的氧化物；Y为氢化物，分子结构与甲烷相似。回答下列问题：(1)能与X
23、发生化学反应的酸是_；由X制备Mg2Z的化学方程式为_。(2)由Mg2Z生成Y的化学反应方程式为_，Y分子的电子式为_。(3)Z、X中共价键的类型分别是_、_。导学号32390150解析：由单质Z是一种常见的半导体材料可知Z为Si，则X为SiO2，Y为SiH4，然后按其性质解题。答案：(1)氢氟酸SiO22MgO2Mg2Si(2)Mg2Si4HCl=2MgCl2SiH4HSiH (3)非极性键极性键11从“南澳一号”沉船中发现了大量宋代精美瓷器，体现了灿烂的中华文明。青花瓷胎体的原料高岭土Al2Si2O5(OH)x可掺进瓷石制胎，青花瓷釉料的成分主要是钾长石(KAlSi3O8)，在1 300
24、左右一次烧成的釉可形成精美的青花瓷。(1)下列说法正确的是_(填序号)。A高岭土分子中x2B钾长石能完全溶解在盐酸中形成澄清的溶液C烧制青花瓷过程中发生了复杂的物理变化和化学变化D青花瓷、玻璃、水泥都属于硅酸盐产品(2)在“南澳一号”考古过程中，需用高纯度SiO2制造的光纤。下图是用海边的石英砂(含氯化钠、氧化铝等杂质)制备二氧化硅粗产品的工艺流程。洗涤石英砂的目的是_。二氧化硅与氢氧化钠溶液反应的离子方程式是_。在以上流程中，要将洗净的石英砂研磨成粉末，目的是_。工业上常用纯净石英砂与C在高温下发生反应制造粗硅，粗硅中含有SiC，其中Si和SiC的物质的量之比为11。下列说法正确的是_(填序
25、号)。ASiC是一种传统的无机非金属材料B制造粗硅时的反应为2SiO25CSiSiC4COC在以上流程中，将盐酸改为NaOH溶液，也可达到目的D纯净的SiO2只能用于制造光导纤维导学号32390151解析：(1)选项A，根据化合物中各元素的正、负化合价代数和等于零的原则，可得：(3)2(4)2(2)5(1)x0，解得x4。选项B，钾长石与盐酸反应后不能形成澄清的溶液。选项C，根据水泥的制造过程可推测出烧制青花瓷的过程中发生了复杂的物理变化和化学变化。选项D，青花瓷、玻璃、水泥是硅酸盐产品。(2)石英砂中含有易溶于水的NaCl杂质，洗涤石英砂可使NaCl与SiO2分离。SiO2与NaOH溶液反应
26、生成Na2SiO3和H2O，据此可写出相应的离子方程式。将纯净的石英砂研磨成粉末后能增大反应物的表面积，从而增大反应物与盐酸的接触面积，而增大反应速率，提高生产效率。选项A，SiC是一种新型无机非金属材料。选项B，粗硅中含有SiC，其中Si和SiC的物质的量之比为11，根据元素的原子个数守恒，可将题述信息转化为如下反应：2SiO25CSiSiC4CO。 选项C，因SiO2、Al2O3都能溶解在NaOH溶液中，无法实现二者的分离。选项D，纯净的SiO2还可用于制造光学玻璃等。答案：(1)CD(2)除去石英砂中的NaCl等可溶性杂质SiO22OH=SiOH2O增大反应物之间的接触面积，从而增大反应
27、速率，提高生产效率B12(2016四川成都调研)晶体硅是信息科学和能源科学中的一种重要材料，可用于制芯片和太阳能电池等。以下是工业上制取纯硅的一种方法。请回答下列问题(各元素用相应的元素符号表示)：(1)在上述生产过程中，属于置换反应的有_(填反应代号)。(2)写出反应的化学方程式_。(3)化合物W的用途很广，通常可用作建筑工业和造纸工业的黏合剂，可作肥皂的填充剂，是天然水的软化剂。将石英砂和纯碱按一定比例混合加热至1 3731 623 K反应，生成化合物W，其化学方程式是_。(4)A、B、C三种气体在“节能减排”中作为减排目标的一种气体是_(填化学式)；分别通入W溶液中能得到白色沉淀的气体是
28、_(填化学式)。导学号32390152解析：反应为石英砂和焦炭生成粗硅和一氧化碳的反应：SiO22CSi2CO，属于置换反应；反应是Si3HCl523527 K,SiHCl3H2，属于置换反应；反应是SiHCl3H2Si3HCl，属于置换反应；反应为特定条件下的反应：COH2OH2CO2，不属于置换反应。A、B、C分别为CO、CO2、HCl，其中CO2是温室气体，是节能减排的目标气体，CO2和HCl通入W(硅酸钠)溶液中能够生成白色沉淀(硅酸)。答案：(1)(2)SiHCl3H2Si3HCl(3)SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2(4)CO2CO2和HCl13(2016四川成都六校联考)
29、白炭黑(SiO2H2O)广泛用于橡胶、涂料、印刷等行业，可用蛇纹石主要成分为Mg6Si4O10(OH)8来制取，其主要工艺流程如下：(1)蛇纹石用氧化物形式可表示为_。(2)碱浸时，为提高其中硅酸盐的浸取率，除采用合适的液固比和循环浸取外，还可采用的方法有_；_(任举两种)。(3)过滤1得到的滤液的主要成分是_，滤液与盐酸反应的主要离子方程式为_。(4)洗涤时，如何证明产品已洗涤干净？_。导学号32390153解析：该流程中，加NaOH溶液碱浸的目的是将蛇纹石转化成可溶性硅酸盐进入溶液，然后用盐酸和NaCl溶液将硅酸盐转化成硅酸从溶液中分离出来，再经过进一步处理获得白炭黑。(1)书写氧化物一般
30、先写金属氧化物，再写二氧化硅，最后写水。(2)浸取的目的是将蛇纹石转化成可溶性硅酸盐。提高浸取率，可以从是否充分反应、充分接触等角度考虑。(3)碱浸后，溶液中含有可溶的硅酸钠，以及剩余的NaOH溶液。Na2SiO3与盐酸反应的离子方程式为SiO2H=H2SiO3。(4)从流程图可知，H2SiO3是从NaCl溶液中分离出来的，表面沾有Na和Cl，所以只要检验最后一次洗涤液中是否含有Na或Cl即可。答案：(1)6MgO4SiO24H2O(2)升高碱液温度并搅拌将矿石粉碎(3)Na2SiO3、NaOHSiO2H=H2SiO3、HOH=H2O(4)取少许最后一次洗涤液，滴入12滴AgNO3溶液，若不出现白色浑浊，表示已洗涤干净高考资源网版权所有，侵权必究！